Badanie niezawodności kompleksów zmechanizowanych

Seria» Górnictwo z, 72

Jan Eynik Marek Jaszozuk

BADANIE NIEZAWODNOŚCI KOMPLEKSÓW ZMECHANIZOWANYCH

Streszczenie. W artykule przedstawiono strukturę niezawodnościową kompleksu i założenia, przy których określa się jego niezawodność.

Scharakteryzowano badania eksploatacyjne kompleksu zmechanizowanego i metody prowadzenia obserwacji. Naświetlono cele i konieczność pro­

wadzenia badań niezawodnościowych i stworzenia systemu zbierania da­

nych eksploataoyjnyoh, jako drogi podniesienia skuteczności działa­

nia kompleksu zmechanizowanego.

1. Wprowadzenie

Dynamiczny rozwój sił wytwórczych prowadzi do powstania coraz to wię- kszyoh i bardziej złożonyoh układów teohnicznyoh, a wraz z nim postępuje proces wdrażania teohniki we wszystkie dziedziny działalnośoi człowieka.

Powstanie dużych, skomplikowanych, wieloelementowych układów technicz­

nych (do których należą górnicze kompleksy zmechanizowane) uwarunkowane jest zapewnieniem odpowiedniej niezawodności elementów składowych przy op­

tymalnej strukturze. Duża niezawodność układów technicznych zapewnia sku­

teczność działania przy wypełnianiu określonych zadań w danych warunkach oraz, co jest rzeczą bardzo ważną, gwarantuje bezpieczeństwo pracy. W związku z tym niezawodność w ujęciu ogólnym rozpatruje się jako jedną z podstawowych własności obiektów technicznych, a liczbowe wskaźniki nieza­

wodności powinny być podawane jako jedna z głównych charakterystyk tech­

nicznych danego obiektu.

W ostatnich latach problem określenia niezawodności stał się przedmio­

tem intensywnych badań szerokich rzesz specjalistów, dzięki czemu powsta­

ła teoria niezawodności oraz opracowano metodykę określenia niezawodności konkretnych obiektów technicznych. Jednym z wielu zadań dziedziny nieza­

wodności jest sformułowanie kryteriów rodzajowej i ilościowej oceny nie­

zawodności oraz określenie efektywnych środków, zapewniających wysoką nie­

zawodność. Osiągnięoie tego celu jest możliwe poprzez realizację szeregu badań w trakcie projektowania, wytwarzania i eksploatacji obiektów tech-

Nr kol. 471

216 Jan Rynik, Marek Jaszczuk nicznych.

Wyposażenie przodków górniczych w wysoko wydajne maszyny i urządzenia, koncentracja wydobycia oraz zwiększone wymagania odnośnie bezpieczeństwa pracy powodują konieczność podniesienia niezawodności stosowanych i będą­

cych w fazie projektowania maszyn i urządzeń górniczych.

' 2. Struktura niezawodnościowa kompleksu zmechanizowanego

Kompleks zmechanizowany możemy traktować przy podanych niżej założe­

niach jako system trójełementowy, którego zadaniem jest urabianie węgla przez kombajn, odtransportowanie urobku przez przenośniki (ścianowy i pod- ścianowy) oraz zabezpieczenie wyrobiska przez obudowę zmechanizowaną.

Niezawodność kompleksu powinniśmy rozpatrywać więc ze względu na wypeł­

nienie poszczególnych jego funkcji:

- urabianie calizny węglowej, - transport urobku,

- zabezpieczenie wyrobiska.

W przypadku pierwszym dotyczącym pracy kombajnu, każdy. jego przestój spowodowany uszkodzeniem któregokolwiek urządzenia, wchodzącego w skład kompleksu (w tym także kombajnu), jest równoznaczny z uszkodzeniem całego kompleksu. Identyczne założenie przyjmujemy dla przypadku drugiego doty­

czącego pracy przenośnika.

Obudowa zmechanizowana stanowi złożony system sekcji, agregatu pompow- niczego i węży magistrali, pełniący dwie funkcje:

- zabezpieczenie wyrobiska,

- współpraca z kombajnem i przenośnikiem ścianowym w procesie urabiania i odstawy.

Pod pojęciem ogniwa obudowy rozumie się element, w skład którego wcho­

dzą: sekcja obudowy, przesuwnik hydrauliczny wraz z węzłem połączenia z przenośnikiem, blok hydrauliczny sekcji, przewody łączące blok hydraulica- ny ze stojakami, przesuwnikiem i magistralą. Strukturę niezawodnościową obudowy ustala się ze względu na wypełnianie podanych wyżej funkcji.

Przy zabezpieczeniu wyrobiska uszkodzenia agregatu pompowniczego czy węży magistrali hydraulicznej, a także uszkodzenie pewnej części ogniw o- budowy w ścianie nie umożliwia pełnienia tej funkcji. Struktura zatem obu­

dowy zmechanizowanej z punktu widzenia zabezpieczenia wyrobiska ma struk­

turę przedstawioną na rys. 1.

Przy rozpatrywaniu współpracy obudowy zmechanizowanej z przenośnikiem ścianowym i kombajnem uszkodzenie agregatu pompowniczego lub węży magi­

strali spowoduje przerwanie pracy kombajnu po zakończeniu urabiania w da­

nym kierunku (niemożność dokonania przekładki przenośnika). Natomiast nie wszystkie uszkodzenia ogniw obudowy zmechanizowanej będą powodowały za­

trzymanie pracy kombajnu. Strukturę niezawodnościową obudowy zmechanizo­

wanej ze względu na prawidłową pracę kompleksu przedstawia rys. 2.

Ogniwa obudowy zmechanizowanej

Bys, 1. Struktura obudowy zmechanizowanej przy zabezpieczeniu wyrobiska

Ogniwa obudowy zmechanizowanej

Bys. 2. Stiuktuia obudowy zmechanizowanej przy współpiaoy z kombajnem i przenośnikiem ścianowym

Część uszkodzeń sekcji obudowy zmechanizowanej nie powoduje zatrzyma­

nia pracy maszyny urabiającej, uszkodzenia te mogą być usuwane w trakcie praoy kombajnu, lub w ozasie zmiany konserwacyjno-naprawozej. Zatem nie

218 Jan Rynik, Marek Jaszczuk wszystkie uszkodzenia obudowy mają wpływ na praoę kompleksu.Tym samym nie­

zawodność obudowy zmechanizowanej, rozpatrywanej jako integralną część ca­

łego systemu, jakim jest kompleks zmeohanizowany, jest różna od niezawod­

ności tej samej obudowy, traktowanej jako niezależny od kompleksu system.

Można przyjąć,

ze

wać się tylko w jednym z niżej wymienionych stanów:

O - stan niezdatności, 1 - stan zdatności

Natomiast obudowa zmechanizowana jest elementem wielostanowym posiadają­

cym stan zdatności, stany zdatności pośrednich i stan niezdatności.

Rozpatrując obudowę zmechanizowaną jako integralną część kompleksu zme­

chanizowanego, można przyjąć, że obudowa stanowi element dwustanowy,gdzie:

O - stan niezdatności, 1 - stan zdatności,

przy niżej podanych założeniach, dla których wyznacza się niezawodność kompleksu zmechanizowanego:

- uszkodzenia występujące w kompleksie zmechanizowanym są zdarzeniami nie­

zależnymi i wzajemnie wykluczającymi się,

- do uszkodzeń zalicza się tylko te, które powodują zatrzymanie pracy da­

nego obiektu,

- uszkodzenia są natychmiastowe i nieodwracalne (wymagająoe interwenoji obsługi),

- uszkodzenie któregokolwiek elementu kompleksu powoduje natyohmiastowe zatrzymanie pracy pozostałych.

Kompleks zmeohanizowany posiada strukturę niezawodnościową złożoną, przy czym kombajn, zespół przenośników i obudowa zmechanizowana tworzą struk­

turę szeregową.

3. Badanie eksploatacyjne kompleksów zmechanizowanych

Podstawową formą stosowaną w badaniach kompleksów zmechanizowanych są badania eksploatacyjne. Na podstawie tyoh badań uzyskuje się następujące grupy informacji:

- autonomiczne,

- dotyczące eksploatacji,

- dotyczące uszkodzeń i następstw uszkodzeń.

Grupa pierwsza zawiera informacje dotyczące miejsca i okresu badań, wa­

runków górniczo-geologicznych, typu maszyn, nazwy jednostki badawczej itpk Grupa druga obejmuje informaoje dotyczące rodzajów i ilości wykonanej pracy, procesu technologicznego (systemu prowadzenia prac) przeprowadzo­

nych przeglądów konserwaoyjno-naprawozyoh, remontów itp.

Grupa trzecia zawiera informacje związane z czasami pracy maszyn i u- rządzeń między kolejnymi uszkodzeniami, czasami napraw i postojów wywoła­

nych uszkodzeniami, rodzajami uszkodzeń, przypuszczalnymi przyczynami usz­

kodzeń itp.

Dane zbierane w czasie badań eksploatacyjnych dotyozą kombajnu, zespo­

łu przenośników: ścianowego i podśoianowego, obudowy zmechanizowanej oraz ich elementów w stanie zdatnośoi i niezdatnośoi poszczególnych maszyn i urządzeń, czyli w stanie pracy, odnowy i rezerwy (podczas zmian konserwa- cyjno-naprawczych, przerw w pracy spowodowanych względami organizacyjny­

mi) kompleksu zmechanizowanego.

Badania eksploatacyjne polegają na przeprowadzeniu chronometrażu pra­

cy kompleksu w normalnych warunkach eksploatacyjnych.

Chronometraż pracy przodków górniczych prowadzić można 3 sposobami:

- przy pomocy chronometrażystów,

- półautomatycznie w oparciu o system automatycznego sterowania produkcją, - automatycznie w oparciu o ten sam system.

W zależności od długości ściany, zainstalowanego systemu łączności w ścianie i intensywności uszkodzeń poszczególnych maszyn i urządzeń, chro­

nometraż może być prowadzony przez Jednego lub dwóch obserwatorów. Istot­

na Jest również możliwość wykorzystania automatycznych rejestratorów cza­

sów pracy i liczby włączeń przenośnika i k.ombajnu.

System półautomatyczny zbierania danych"eksploataoyJnych wymaga tylko ścisłego przestrzegania przepisów i informowania dyspozytora o przyczy- naoh postojów urządzeń, przekraczających określony czas (np. 5 min.) i o uszkodzeniaoh urządzeń. Czasy pracy i postojów urządzeń są rejestrowane i wydrukowywane przez dany minikomputer (w dyspozytorni kopalni). Ostatecz­

ną wersję danych eksploatacyjnych otrzymuje się po konfrontacji i złoże­

niu wydruków minikomputera i notatek dyspozytora.

System automatycznej rejestracji danych eksploatacyjnych wymaga zain­

stalowania w chodniku podścianowym dodatkowej tarczy telefonicznej i przy­

łączenia jej do końcowej stacji lokalnej automatycznego systemu sterowa­

nia produkcją (w każdej stacji lokalnej istnieje wolny I kanał)!

Informację o uszkodzeniu (elemencie, który uległ uszkodzeniu, rodzaju uszkodzenia, Jego przyczynie) wprowadzić można do minikomputera np. typu MKJ-25 przy pomocy opracowanego 6-cyfrowego kodu, używanego w systemie zbierania informacji eksploatacyjnych. Z przeprowadzonych doświadczeń o- raz ze stosowanego dotychczas w minikomputerze programu wynika, że naj­

właściwsze okazuje się przyjęcie najkrótszego, notowanego przez minikom­

puter czasu postoju, wynoszącego 5 minut.

Po zaistniałym uszkodzeniu osoba do tego upoważniona powinna przekazać za pomocą tarczy telefonicznej 6 cyfr, które zostaną zarejestrowane przez minikomputer (po odpowiednim zmodyfikowaniu Jego programu) wraz z czasem postoju urządzenia.

Dwa ostatnie sposoby mogą być stosowane tylko w kopalniach wyposażo­

nych w automatyczny system sterowania produkcją. Zebrane tą drogą infor­

macje o zaistniałych uszkodzeniach, odchyleniach od normy i zakłóceniach są rejestrowane na kartach uszkodzeń poszczególnych elementów przez pra­

cowników Działu Naukowo-Technicznego kopalni, a następnie przesyłane do Jednostki prowadzącej badania, gdzie są weryfikowane i nanoszone na karty zbiorcze. Są to dane wejściowe służące do wyznaczenia wskaźników niezawod­

nościowych elementów kompleksu zmechanizowanego i całego kompleksu.

220 Jan Bynik, Marek Jaszćzuk W każdym przypadku badań eksploatacyjnych powinno się starannie prze­

studiować naturalne czynniki zewnętrzne, żeby nie tylko ustalić trudności sprawdzenia badanego systemu w tych warunkach, ale również dokonać oceny odchyleń lub uszkodzeń w czasie badań wskutek niemożności kierowania czyn­

nikami zewnętrznymi (warunki górniczo-geologiczne, wszelkiego typu zakłó­

cenia i zagrożenia).

Bardzo ważną sprawą jest zapewnienie odpowiedniej aparatury dla badań fizyki uszkodzeń, pozwalającej obiektywnie wykryć przyczyny wywołujące uszkodzenia i znaleźć środki wyeliminowania ich w przyszłości.

Same badania eksploatacyjne są niewystarczające i powinny być poparte dodatkowymi badaniami. Najprościej i najbardziej celowe jest połączenie badań eksploatacyjnych z badaniami laboratoryjnymi "najsłabszych ogniw"

elementów systemu.

Wyniki opracowane na podstawie danych zebranych w trakcie badań eks­

ploatacyjnych powinny być wykorzystane przez konstruktorów w celu:

- poprawy kontrukcji najsłabszych elementów i zespołów,

- wprowadzenia zmian konstrukcyjnych umożliwiających poprawę naprawial- nośqi poszczególnych elementów, podzespołów itp.,

- orientacyjnego określenia wskaźników niezawodności projektowanych ma­

szyn i urządzeń, producentów w celu:

<- wyeliminowania błędów powstałych w procesie wytwarzania i montażu, - weryfikacji procesu wytwarzania i montażu,

użytkowników w celu:

- poprawy organizacji pracy,

- uregulowania gospodarki częściami zamiennymi, - wyeliminowania błędów eksploatacyjnych, jednostki badawcze w celu:

- opracowania danach wyjściowych do badań symulacyjnych, - udoskonalenia dalszych badań.

4. Zakończenie

Instytut Mechanizacji Górnictwa Politechniki ¿ląskiej prowadzi aktual­

nie badania eksploatacyjne kompleksu zmechanizowanego wyposażonego w kom­

bajn KWB-5BDS, przenośnik "Hybnlk 73"».obudowę zmechanizowaną typu Hem- scheidt pracującego w ścianie 502/1 KWK "Moszczenica" Bejon Szybów Zachod­

nich.

Dotychczasowe obserwacje wykazały dużą zawodność podstawowych maszyn i urządzeń pracujących w przodku.

Wstępne opracowanie danych wskazuje, że najbardziej zawodnym elementem kompleksu jest przenośnik, .którego uszkodzenia stanowią 48J6 liczby wszyst­

kich uszkodzeń kompleksu, natomiast sumaryczny czas usuwania powstałych uszkodzeń jest największy dla kombajnu i stanowi 6795 czasu postoju kom-

pleksu spowodowanego uszkodzeniami.

Przerwy technologiczne stanowią 19% sumarycznego czasu postoju komplek­

su. Mała wartość współczynnika wykorzystania ozasu pracy kompleksu (kfl =

= 0,3) wskazuje na duże rezerwy tkwiące w odpowiedniej organizaoji pracy i właściwej eksploatacji urządzeń. Dokładna analiza wskaźników niezawod­

nościowych będzie przedmiotem odrębnego opracowania.

Celem obniżenia kosztów, spowodowanych niewłaściwym wykorzystaniem dro­

gich urządzeń przodka wybierkowego, należałoby wprowadzić zasadę stałych badań eksploatacyjnych oraz badań nad poprawą niezawodności działania i trwałości podstawowyoh zespołów i elementów kompleksu zmechanizowanego.

Powyższe badania winny być prowadzone z uwzględnieniem następujących czynników, decydujących o ekonomice pracy zastosowanych urządzeńi

- duży koszt uzbrojenia ściany (kompleksu zmechanizowanego) przekraczają­

cy nieraz kwotę 100 000 000 zł.

- mały stopień wykorzystania czasu pracy kompleksu,

- możliwość wyeliminowania elementów najbardziej zawodnych,

- możliwość zwiększenia skuteczności działania poprzez poprawę organiza­

cji pracy w przodku oraz przestrzeganie terminów przeglądów konserwacyj­

nych i remontów planowych,

- właściwe zorganizowanie planowej gospodarski ozęściami zamiennymi.

Zapewnienie skuteczności działania kompleksu zmechanizowanego wymaga zastosowania maszyn i urządzeń o dużej niezawodności ze względu na szere­

gową strukturę niezawodności kompleksu. Zadanie to można zrealizować tyl­

ko przy ścisłej współpracy konstruktorów producentów i użytkowników.

Biorąc pod uwagę trudności oraz duże koszty związane z prowadzeniem ba­

dań eksploatacyjnych, powyższym badaniom powinny być poddawane przede wszystkim te maszyny i urządzenia, które są lub będą produkowane w dużych seriach.

W celu zebrania, uporządkowania i opracowania dużej liczby danych eks­

ploatacyjnych powinien być utworzony skuteozny system zbierania danych o uszkodzeniach, występujących w trakoie eksploatacji oraz gospodarce ozę­

ściami zamiennymi z dokładnym podaniem przyczyn powodujących reklamaoje lub ewentualne uwagi. Działanie takiego systemu i określenie wskaźników niezawodnościowych elementów, podzespołów i zespołów maszyn górniczych Jest Jednym z warunków utworzenia planowanego systemu API (automatyzacji prac inżynierskioh), ponieważ wskaźniki niezawodności są w tym systemie Jedną z podstawowyoh charakterystyk technicznych.

LITERATURA

[1] Reliability Handbook, Executive Head, Department of Industrial Engine­

ering Stanford University, New York San Francisco Toronto London Sy­

dney 1966.

[2] Bojarski W.W.« Wprowadzenie do oceny niezawodności działania układów

222 Jan Rynik, Maiek Jaszczuk technic znych. PWN Warszawa 1957.

[3] Topszijew A.W.: Nadieznost gornych maszin i kompleksôvi. Izdatielstwo

"Niedia", Moskwa 1968.

HCCJIEflOBAHHE HAAË3KH0CTH ÊEXAHH3HP0BAHHHX KOMIUIEKCOB P e 3 10 m e

B

cT aize npeflCTaBJieHH cTpyKiypH HaflëxHOCTH KOMnjieKCa

ycJioBHH, onpexejiH- Bmze ero HaflëxHOCTb. OxapaKTepzsoBaHH aKcnjiyaTanHOHHHe HCCJiexoBaHHH iiexaHH- 3HpoBaHHo

KounieKca

npoB6x@HHH Ha6juo,neHHfi.

sa^ann

yKa3HBaeTCH Ha HeodxoflnMocTb ocymecTBjieHHH HcnHTaHHft Ha HaxëxHocib

co3fla-

hhh

CHCieMH OTfiopa flaHHUx no sKcnjiyaTanHH KaK nyiH noBHmeHHH 3$<|)C

paSoTH MexaHH3HpoBaHHo ro KomuieKca.

INVESTIGATIONS CONCERNING THE RELIABILITY OP MECHANISED COMPLEXES

S u m m a r y

In the paper the complex reliability structure, as well as its brief for-designs which determine the reliability, have been presented.

The exploitation investigations of the mechanised complex and some me­

thods of observation have been characterized.

The aims and necessity of conducting reliability investigations as well as the way of collecting exploitation data, which serve to improve the ef­

fectiveness of mechanised complex’es activity, were discussed too.